Ciência dos materiais
Supercondutividade em Camada Dupla Torcida de WSe₂: Um Novo Rival do Grafeno?
Um Novo Material Supercondutor
Supercondutividade é um fenômeno que, se dominado em escala e baixo custo, revolucionaria a civilização humana. Isso porque, para a maioria das aplicações de alta tecnologia, os níveis de potência ou campo magnético exigidos só podem ser manejados por materiais supercondutores, e qualquer resistência elétrica leva ao superaquecimento excessivo.
Um problema de longo prazo tem sido que quase todos os materiais supercondutores conhecidos estão disponíveis apenas em temperaturas extremamente baixas, frequentemente próximas de 4 °K (apenas 4 graus acima do zero absoluto).
Isso torna a supercondutividade viável apenas quando combinada com hélio líquido, um fluido de refrigeração muito difícil de produzir por meio de um processo altamente intensivo em energia.
Por muito tempo, o grafeno, uma monocamada 2D de carbono, foi considerado um bom candidato para uma supercondutividade mais prática.
No entanto, parece que o que torna o grafeno promissor pode ser estendido a outros materiais como o tungstênio, abrindo a busca por um novo material supercondutor. Essa descoberta é resultado do trabalho de pesquisadores da Columbia University, da University of Tennessee e do National Institute for Materials Science (Japão). Eles publicaram seus resultados na prestigiosa Nature1 sob o título “Supercondutividade em camada dupla torcida de 5,0° WSe2”.
As Promessas da Supercondutividade
Materiais supercondutores mais baratos e de temperatura mais alta mudariam completamente as aplicações possíveis da tecnologia. Isso permitiria métodos de resfriamento como nitrogênio líquido, ou até mesmo a tecnologia de refrigeração usada em freezers que armazenam vacinas de mRNA, substituindo a alternativa mais intensiva em energia.
Entre as coisas que supercondutores de temperatura mais alta tornariam possíveis, podem ser mencionadas:
- Ressonância magnética melhor, com maior resolução e mais barato de construir e operar, permitindo que se torne um exame médico muito mais rotineiro.
- Sistemas de propulsão por impulso eletromagnético (também chamados de propulsores magnetoidrodinâmicos (MHD)) que impulsionam navios através da eletrificação da água do mar.
- Engines elétricos mais poderosos e eficientes.
- Baterias de maior densidade e mais seguras com Armazenamento de Energia Magnética Supercondutora (SMES).
- Limitadores, interruptores e fusíveis supercondutores para melhorar a infraestrutura da rede elétrica.
- Transmissão de energia de longa distância sem perdas, o que poderia impulsionar a eficiência de energia renovável, por exemplo, com painéis solares ainda ao sol alimentando uma cidade a milhares de quilômetros de distância.
- Trens maglev mais baratos e fáceis de manter ou, mais tarde, sistemas Hyperloop.
- Sensores/magnetômetros (Dispositivos de Interferência Quântica Supercondutora – SQUIDS) para aplicação em ambientes industriais.
- Computação quântica supercondutora
- (você pode ler mais sobre o progresso da computação quântica em nosso artigo “O Estado Atual da Computação Quântica”).
- Aplicações de Defesa & Aeroespacial, incluindo escudos de radiação, lançamentos eletromagnéticos, rolamentos magnéticos, sensores, canhões eletromagnéticos, canhões de bobina, lasers e outras armas de energia.
Existe a possibilidade de que a supercondutividade de alta temperatura possa ser alcançada com apatita de chumbo substituída por cobre (CSLA), mas essa alegação ainda é fortemente debatida por cientistas especializados nesta área, alguns anos depois.
Supercondutividade do Grafeno
Embora o grafeno seja um condutor de eletricidade notavelmente eficiente quando em uma camada simples, ele pode se tornar um supercondutor quando configurado como uma “camada dupla torcida”. Isso ocorre quando as duas camadas estão ligeiramente desalinhadas, com uma diferença de 1,1° aparentemente o ângulo mágico para o grafeno.
Em novembro de 2024, foi demonstrado matematicamente que tal camada dupla poderia permanecer supercondutora em temperaturas tão altas quanto 60 °K (-213 °C / -351 °F).
Fonte: Max Planck Institute
Supercondutividade do Tungstênio Seleneto
Até agora, fenômenos correlacionados à supercondutividade foram detectados em muitos materiais da chamada classe dos dicalcogenetos de metais de transição (TMDs).
No entanto, a nova pesquisa confirma definitivamente a supercondutividade em camada dupla torcida de 5,0° (ângulo de diferença entre as camadas, não temperatura) de WSe2.
Isso foi especialmente forte em baixas temperaturas neste experimento (426 milikelvins), mas demonstra que a supercondutividade em camada dupla pode ser realizada por outros materiais em camadas além do grafeno.
A camada dupla torcida de WSe2 também exibiu uma fronteira nítida entre as fases supercondutora e magnética em baixas temperaturas, o que poderia explicar os mecanismos subjacentes que tornam o material supercondutor.
Melhor que o Grafeno?
Se materiais TMD podem ser supercondutores, eles podem ser realmente superiores ao grafeno.
O motivo é que materiais TMD também apresentam muitas outras qualidades desejáveis que estão ausentes no grafeno, como uma banda proibida nativa, forte acoplamento spin‑órbita, bloqueio spin‑valley e magnetismo.
Nesse sentido, isso parece semelhante a outro tipo de meta‑materiais avançados, materiais kagome, que também exibem supercondutividade juntamente com magnetismo, enquanto esses geralmente são dois fenômenos que não ocorrem simultaneamente.
No geral, parece que o campo da supercondutividade está avançando muito rapidamente e descartando as suposições anteriores da disciplina sobre o que é e o que não é possível.
Empresa de Tungstênio
Se as camadas duplas de tungstênio provarem ser supercondutoras, isso seria um caso de uso adicional importante para o metal ultra‑duro, já usado em muitas aplicações militares, na indústria de semicondutores e na manufatura avançada.
Cobrimos o caso de investimento em tungstênio em detalhes no relatório de outubro de 2024 “Tungstênio – O Metal Secreto de Alta Tecnologia”.
Desde então, a China anunciou restrições à exportação de tungstênio, um metal 80 % produzido pela China. Isso deixa muito poucas empresas capazes de suprir indústrias ocidentais, independentemente da cadeia de suprimentos chinesa.
Almonty Industries
(AII.TO )
Almonty é uma mineradora de tungstênio que atualmente produz principalmente de uma mina em Portugal, que está em operação há 125 anos.
A empresa tem trabalhado na expansão da mina portuguesa e possui depósitos não desenvolvidos na Espanha.
Fonte: Almonty
O projeto mais importante da empresa é o desenvolvimento em curso de uma nova mina em Sangdong, Coreia do Sul. A mina contém mais recursos inferidos do que todos os seus outros depósitos combinados.
Fonte: Almonty
Como uma das únicas mineradoras de tungstênio ativas e produtoras em países ocidentais, Almonty é um fornecedor estratégico chave para a indústria de defesa. Portanto, é uma empresa importante para reduzir a dependência do suprimento chinês.
A localização da mina de Sangdong a torna um fornecedor perfeito para a indústria de defesa, com a Coreia do Sul se tornando um novo gigante na produção em massa de equipamentos militares “low tech” como tanques, artilharia e munições (comparado a aviões de caça, porta‑aviões, etc., que demandam menos tungstênio).
Enquanto a China se prepara para abrir uma enorme mina de tungstênio no Cazaquistão, a Almonty está pronta para “mudar substancialmente a política envolvida na garantia de tungstênio” quando o Projeto de Tungstênio da Coreia da Almonty, mina de Sangdong, entrar em operação dentro de alguns meses. Quando começar a produção, será uma das maiores minas de tungstênio do mundo, representando 30 % do suprimento não‑chinês.
Lewis Black, diretor, presidente e CEO da Almonty Industries
Almonty deve iniciar a produção de tungstênio da mina coreana no início a meados de 2025.
Devido à sua posição estratégica como essencialmente o único grande fornecedor no Ocidente, a Almonty recebeu uma oferta de preço garantido da Plansee. A Plansee é um fabricante de metais de alto desempenho e um dos maiores clientes da Almonty, além de ser proprietária de 15 % da empresa.
O preço mínimo garantido foi de US$ 235/MTU (unidade métrica de tonelada), sem limite superior. Como a mina de Sangdong visa custos de caixa de US$ 110/mtu, isso deve praticamente garantir uma margem de lucro alta para o projeto.
Com um timing quase perfeito entre a abertura iminente de Sangdong e uma nova guerra comercial entre a América de Trump e a China, o preço das ações reagiu fortemente e subiu 40 % em apenas 2 dias após o anúncio da restrição à exportação de tungstênio da China.
Referência do Estudo:
1. Guo, Y., Pack, J., Swann, J. et al. (2025) Supercondutividade em camada dupla torcida de 5,0° WSe2. Nature 637, 839–845. https:://doi.org/10.1038/s41586-024-08381-1
